Post on 18-Oct-2019
transcript
Prof. Dr. Harald Lesch
Sternwarte der LMU München
&
Hochschule für Philosophie (SJ)
Die Geschichte der
Natur
Die Natur schafft ewig neue Gestalten; was da ist, war noch nie, was da war – kommt nicht wieder – alles ist neu und doch immer das Alte. J.W. Goethe
1800
GEOLOGIE
BIOLOGIE
ASTRONOMIE
HISTORISCHE NATURWISSENSCHAFTEN
STATIK
SUBSTANZ
RAUM
DYNAMIK
PROZESS
ZEIT
1800
GEOLOGIE
BIOLOGIE
ASTRONOMIE
ENTWICKLUNG => ENTSTEHUNG
EVOLUTION => ENTSTEHUNG
EXPANSION => ENTSTEHUNG
STATIK
SUBSTANZ
RAUM
DYNAMIK
PROZESS
ZEIT
1800
GEOLOGIE
BIOLOGIE
ASTRONOMIE
PLATTENTEKTONIK PLANETENPHYSIK
MUTATION & SELEKTION & FITNESS
KOSMOLOGIE & ASTROPHYSIK
STATIK
SUBSTANZ
RAUM
DYNAMIK
PROZESS
ZEIT
1800
GEOLOGIE
BIOLOGIE
ASTRONOMIE
INSTRUMENTE
UNSICHTBARE STRAHLUNG
ELEKTRODYNAMIK
THERMODYNAMIK
MECHANIK
STATIK
SUBSTANZ
RAUM
DYNAMIK
PROZESS
ZEIT
1800
GEOLOGIE
BIOLOGIE
ASTRONOMIE
INSTRUMENTE
UNSICHTBARE STRAHLUNG
1800 IR durch Herrschel1801 UV durch Ritter
STATIK
SUBSTANZ
RAUM
DYNAMIK
PROZESS
ZEIT
1824: Fourier : Berechnung der Oberflächentemperatur => TREIBHAUSEFFEKT
“So also steigt die Temperatur gerade durch das Dazwischenstellen der Atmosphäre, da die Wärme in Lichtform (GH i.e. solare Strahlung) leichter in Luft eindringt als wenn sie sich erstmal in Form der “chaleur obscure” (GH i.e. IR Strahlung) befindet.
ORT - BEKANNT
GRÖSSE – UNBEKANNT
ENTSTEHUNG – UNBEKANNT
ENTWICKLUNG – UNBEKANNT
WW MIT UNIVERSUM – UNBEKANNT
ALTER - UNBEKANNT
ENTSTEHUNG – UNBEKANNT
ENTWICKLUNG - UNBEKANNT
Das Programm des Naturalismus
• Er fordert und ein entwirft ein kosmisches Gesamtbild, ein „Weltbild“.
• Er schreibt auch dem Menschen einen bestimmten Platz im Universum zu.
Bei der Erforschung der Natur ist die Methode der Erfahrungswissenschaften allen anderen überlegen
Theorie ↔ Erfahrung
Jede empirische Hypothese muss an der Erfahrung scheitern können
Beobachtungen – Messungen – gezielte Experimente
„Wir irren uns empor“ (G. Vollmer)
Alle realen Systeme - einschließlich des Kosmos als Ganzen –unterliegen der Evolution.
Evolutionärer Naturalismus!
Jede Entwicklung kann einen Anfang und ein Ende haben.
Evolution in einem sehr allgemeinen Sinne.
SELBSTORGANISATION
Bildung von komplexen Strukturen „von unten“
Verwirklichung des naturalistischen Programms
DIE GESCHICHTE DER NATUR &
DIE WISSENSCHAFTENUrknall
Hintergrundstrahlung
Galaxien/Sterne
PlanetensystemErdeDNS
Leben
Bewusstsein
Mensch/
Sprache
Gesellschaft
Kultur Religion
Moral
Elementar-
teilchen
Quantentheorie
Relativitätstheorie
Chemie/MolekularbiologieBiologie
Neurowissenschaften
KognitionswissenschaftenSoziobiologie
Die Teile & das Ganze
15
Die größte Geschichte aller Zeiten …
Kosmologie ist Innenarchitektur des Kosmos – kein Davor und Außerhalb
Die Naturgesetze gelten überall im Universum!
Zusammenhang Kosmologie - Teilchenphysik
frühes Universum: Temperatur 1015 K
Bewegungsenergie der Teilchen: 100 GeV
alle Teilchen
kollidieren unkontrolliert
gezielte, kontrollierte
einzelne Kollisionen
und deren Aufzeichnung
Teilchenbeschleuniger:
Bewegungsenergie der Teilchen: 100 GeV
Die größte Geschichte aller Zeiten …
Selbstentfaltung der Materie !
Vom Einfachen zum Komplexen – vom Urknall zum Gehirn !
Fluktuationsgenerator
Fluktuationsverstärker
Rotverschiebung =>Galaxien entfernen sich => Expansion des Universums =>Urknall
Expansion und Strukturbildung
So entstehen die Galaxien und Galaxienhaufen und Superhaufen …
Von der Milchstraße zum Virgo-Galaxienhaufen
M51 – eine Spiralgalaxie
Sterne und Staubwolken
Entstehung
der Sterne
HST 2004
heiße O-, B-Sterne
Dunkelwolke
verhüllte Protosterne
Dunkelwolke
junger
Stern
Aus einer Wolke werden Sterne
Zuerst, etwas einfaches: Sterne Druck balanziert Schwerkraft
Die Sonne
Massendefekt
Bei der Fusion zweier Teilchen zu einem dritten wird Bindungsenergie
in Form von Strahlung frei
E=mc2
Wasserstoffbrennen
in der Sonne
Massendefekt bei
Kernfusions-
prozessen
beträgt weniger als
1% der Masse der
Ausgangskerne
2cmE
Neutrinos aus der Sonne
Kernfusion in der Sonne:
4p 4He + 2e+ + 2ne + 27 MeV Energieauf der Erde: 1011 solare Neutrinos / cm2 und Sekunde
Bestätigung (1995)
Kamiokande
(Sonne live! im
„Neutrinolicht“)
Nukleosynthese
Entwicklungszeiten für einen 15 M
Stern
Verschm.
Produkt Zeit Temperatur
H 4He 107 Jahre 4 106 K
4He 12Ceinige 106
Jahre1 108 K
12C16O, 20Ne,24Mg, 4He
1000 Jahre 6 108 K
20Ne + 16O, 24Mg wenige Jahre 109 K
16O 28Si, 32S Ein jahr 2 109 K
28Si + 56Fe Tage 3 109 K
56Fe Neutronen< eine
Sekunde> 3 109 K
Elementspedition Supernova – Just in Time …
Kosmischer Kreislauf
Aus einer Scheibe werden Klumpen - Gasriesen
Sternentstehung – Orionnebel
Der Orionnebel M42, 1500 Lichtjahre entfernt,
enthält etwa 700 junge Sterne (IR Bild) und
mindestens 150 protostellare Wolken. Einige
verdampfen in der intensiven UV-Strahlung der
vier hellen Sterne, die das „Trapez“ bilden. Bsp. 5
zeigt die Seitenansicht einer Akkretionsscheibe.
1AU (Astronomical unit) ist dabei 149.6 Mio. km,
die mittlere Entfernung Erde – Sonne. Quelle: HST
IR
ProtoplanetareScheiben
Sind hell im Infraroten, weil
der kalte Staub strahlt
HL Tau, ALMA (mm)
HL Tau, HST
Größenvergleich zwischen der Sonne und den Planeten
Die Sonne scheint nicht nur, sie bläst auch.
Meteoriten
Hinweise auf die
Bausteine der
Erde
Eisenmeteorit (Kerne der Planetesimale)
Chondrite (Silikate & flüchtige Anteile)
Von kleinen Brocken zuFelsenplaneten
Simulationen von J. Chambers
Painting by James Garry
SO ENTSTAND DIE ERDE UND DER MOND
D/H Verhältnis
"The Origin and Evolution of Oceans" (Pinti, Ch. 3, "Lectures in Astrobiology I", 2005)
Einschläge von Asteroiden mit einem Wassereintrag von 200% der heutigen Wassermasse
Einschlag eines Planetesimals (Mars-Größe) der die Oberflächen-temperatur stark (2300 K) erhöht und viele Silikate und Wasser verdampft
Entstehung der Ozeane
Entstehung der Ozeane
Hoher atmosphärischer Druck, da nur Wasserdampf und CO
2
vorliegt
Starker Treibhauseffekt hält die Oberfläche der Erde flüssig, solange wie der Energiefluss aus dem Erdinneren mehr als 150 W/m2 beträgt
Entstehung der Ozeane
Sobald der Energiefluss unter 150 W/m2 sinkt kühlt die Erde sehr schnell aus
Nach 2-3 Mio. Jahre liegt die Oberflächentemperatur bei 1300 K
Wasserdampf kondensiert und binnen ca. 1000 a bilden sich Ozeane (Niederschlag ca. 7000mm/a)
Spiegel 24.2. 2014Nature Geoscience 7, 219
Spiegel 24.2. 2014Nature Geoscience 7, 219
Entstehung der Ozeane
Temperatur und Energiefluss fallen weiterhin, jedoch sind die Ozeane zu heiß um Leben zu ermöglichen
CO2
aus der Atmosphäre wird in die ozeanische Protokruste gebunden
Druck und Temperatur sinken (p=5-25 bar; T=60-110 °C)
Was ist mit dem Wasser dann passiert?
Die Ozeane bestehen zu großen Teilen aus Soda (Na
2(CO
3))
Durch die Reaktion mit Calciumchlorid entsteht Kochsalz und Calciumcarbonat (Kalk)
Dadurch werden die basischen Ozeane neutral und es steht genug Kalk zum Einbau in Schalen zu Verfügung
Im Wasser bilden sich Aminosäuren anschließend Algen, die mit Photosynthese beginnen
An model for the origin of life at a redox, PH and temperature gradientat a submarine hydrothermal vent (Martin & Russell 2002)
PROTISTEN
„Darwinian Threshold“HORIZONTAL
GENETRANSFER
Der Blick von draußen
Evolution
1
Evolution
2
Erdbeben zwischen 1960 und 1995
Plattentektonik, auf einem Lavasee in Äthopien
Kontinentalverschiebung
Bild der Wissenschaft
Natursphäre - Anthroposphäre
Das Universum als Selbstorganisationsprozess
• Zeitsymmetrische Naturgesetze (Urknall)
• Kleine Abweichungen erzeugen neue Möglichkeiten (Fluktuationen)
• Instabilitäten versuchen Ungleichgewichte auszugleichen (Bildung von Galaxien)
• Energieflüsse treiben die Welt (Kernfusion in Sternen, Strahlung)
• Kritische Situationen treiben Entscheidungen
• Im Meer der Unordnung entstehen Inseln der Ordnung (Planeten, Leben, Intelligenz)
Die Natur muß gefühlt werden, wer sie nur sieht und abstrahiert, kann … Pflanzen und Tiere zergliedern, er wird die Natur zu beschreiben wissen, ihr aber selbst ewig fremd sein.
A. von Humboldt